畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于cortex-m3的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì)(文件)

　

【正文】 具有較狹窄的方向角向左傳播聲表面膠能量，在傳遞過(guò)程中，又被底邊的 45 度反射條紋向上反射成屏幕表面豎直方向的均勻面?zhèn)鞑?，然后又被上邊的反射條紋向右聚成線傳播至 Y 軸接收換能器，并最終轉(zhuǎn)為電信號(hào)回傳給控制器。其原理是由接收信號(hào)衰減處的衰減量計(jì)算得到。 綜上所述，市面上各種各樣的觸摸屏，分別有各自的特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域，以及生產(chǎn)成本等。一旦 ITO 層斷裂，導(dǎo)電的均勻性也就被破壞，上面推導(dǎo)坐標(biāo)時(shí)的比例等效性也就不再存在，因此四線電阻觸摸屏的壽命不長(zhǎng) 。 LM3S9B96 開(kāi)發(fā)板介紹 Stellaris LM3S9B96 開(kāi)發(fā)板為基于 ARM CortexTMM3 內(nèi)核的Stellaris LM3S9B96 高性能微控制器的開(kāi)發(fā)提供了完整的 系統(tǒng)平臺(tái)。 開(kāi)發(fā)板包含一個(gè)板上調(diào)試接口（ ICDI）電路，支持 JTAG 和 SWD 兩上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 17 種方式調(diào)試。 圖 實(shí)物樣圖 結(jié)構(gòu)框圖如圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 18 圖 開(kāi)發(fā)板結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)結(jié)構(gòu)圖，可以看出以該開(kāi)發(fā)板以 LM3S9B96 微控制器為整個(gè)開(kāi)發(fā)板的核心，圍繞了開(kāi)發(fā)板， 外擴(kuò)了豐富的外設(shè)資源 ，其中包含了以下一些部件資源： ? ICDI USB 電纜擁有提供調(diào)試，通信和供電的能力 ? 靈活，廣泛的外設(shè)開(kāi)發(fā)平臺(tái) ? 彩色液晶圖形顯示 ? TFT 液晶模塊， 320 240 分辨率 ? 電阻式觸摸界面 ? 80 兆赫晶振 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 19 ? LM3S9B96 256 K 的 FLASH ? 96 K SRAM 和集成以太網(wǎng) ? 物理層 +MAC ， USB OTG 接口和 CAN 通信 ? 8 MB 的 SDRAM（選配板） ? EPI 接口（選配板） ? I2S 立體聲音頻編解碼器 ? 線路輸入 /輸出 ? 耳機(jī)輸出 ? 麥克風(fēng)輸入 ? 控制器區(qū)網(wǎng)絡(luò)（ CAN）接口 ? 10/100 BaseT 以太網(wǎng) ? OnTheGo（ OTG）接口 ? 輪型電位器（可用于目錄導(dǎo)航） ? SD 讀卡槽 ? 內(nèi)部電路調(diào)試（ ICDI） ? JTAG,SWD,SWO 調(diào)試方式 ? 標(biāo)準(zhǔn) ARM 二十針 JATG 調(diào)試接口 ? USB 虛擬串口 ? 跳線分流，以方便重新分配的 I / O 資源 ? 豐富的源代碼資源如圖形庫(kù)， USB 庫(kù)，外設(shè)庫(kù)等 CortexM3 處理器介紹 LM3S9B96 微處理器采用了 CortexM3 作為核心處理器， 針對(duì)當(dāng)前 32 位 MCU 用戶， 該 產(chǎn)品系列率先在業(yè)內(nèi)整合了 CortexM3 和 Thumb2 指令集。 CortexM3處理器特點(diǎn) CortexM3 主要為了在微控制器、汽車(chē)車(chē)身系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)功耗和成本銘感的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)搞系統(tǒng)性能而設(shè)計(jì)的。 此外，基本系統(tǒng)外設(shè)還具備高度集成化特點(diǎn)，集成了許多緊耦合系統(tǒng)外設(shè)，合理利用了芯片空間，使系統(tǒng)滿足下一代 產(chǎn)品的控制需求。該技術(shù)是一項(xiàng)完全基于硬件的中斷處理技術(shù)，最多可減少 12 個(gè)時(shí)鐘周期數(shù)， 在實(shí)際應(yīng)用中可減少 70%中斷 。 ? 準(zhǔn)確快速地中斷處理。 ? ARM Thumb2 混合的 16/32 位固有指令集，無(wú)模式轉(zhuǎn)換 。 CortexM3內(nèi)核結(jié)構(gòu) 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 22 CortexM3 中央內(nèi)核是基于哈佛結(jié)構(gòu)的，分別為指令和數(shù)據(jù)有獨(dú)立的總線。當(dāng)遇到分支指令時(shí)，譯碼階段也包含了預(yù)取值功能，這樣提高了執(zhí)行速度。 CortexM3 內(nèi)核包含了一個(gè)譯碼器，適用于傳統(tǒng)的 Thumb 和新型Thumb2 指令，和一個(gè)支持硬件乘法的和硬件除法的先進(jìn) ALU，控制邏輯和用于鏈接其它處理器的接口。無(wú)特權(quán)代碼執(zhí)行限制或者排除某些資源的訪問(wèn)，例如特定的指令和具體的內(nèi)存位置。 CortexM3 處理器是支持高達(dá) 4GB 的可尋址內(nèi)存空間 ,并提供簡(jiǎn)單和固定的內(nèi)存映射。 CortexM3 處理器采用非對(duì)齊處理數(shù)據(jù)方式，能夠讓非對(duì)齊數(shù)據(jù)在單核訪問(wèn)中進(jìn)行傳輸。 開(kāi)發(fā)板上 帶觸摸液晶顯示模塊 LM3S9B96 開(kāi)發(fā)板 提供了一個(gè) 320*240 像素分辨率的 TFT 液晶圖形顯示屏。 TFTLCD 與無(wú)源 TNLCD、 STNLCD 的簡(jiǎn)單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個(gè)象素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管（ TFT），可有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無(wú)關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。 特性 本液晶顯示器采用的是 Kitronix 公司的 K350QVGV1F 顯示屏，上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 24 具有 320*240 分辨率和 寸 262K 色彩。開(kāi)發(fā)板使用 8 位的 8080 工作模式，通過(guò)微控制器端口 D 提供數(shù)據(jù)總線。推薦使用微控制器的一個(gè) GPIO 口來(lái)控制這個(gè)信號(hào)線。 電源 LCD 模塊內(nèi)部具有基電壓發(fā)生器，因此僅需要單跟 直流電源。具體引腳與對(duì)應(yīng)功能如表格 。 編程軟件 Keil uVision4 本次設(shè)計(jì)的軟件部分采用了 Keil uVision4 來(lái)進(jìn)行 編寫(xiě)編譯，將程序下載到實(shí)驗(yàn)板中進(jìn)行調(diào)試。 C51 已被完全集成到 uVision2 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 29 項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。新版本支持更多最新的 ARM 芯片，還添加了一些其他新功能。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 30 圖 器件選擇界面 在完成了工程創(chuàng)建后，就可以開(kāi)始軟件部分設(shè)計(jì)。 驅(qū)動(dòng)程序原理 觸摸屏驅(qū)動(dòng)原理 在 本次設(shè)計(jì)中，主要是關(guān)于四線電阻式觸摸屏的驅(qū)動(dòng)原理，其驅(qū)動(dòng)原理是與四線是電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)原理是相關(guān)的。 X 電極和 Y 電極的正負(fù)端由 ―導(dǎo)電條 ‖（圖中黑色條形部分）分別從兩端引出，且 X 電極和 Y 電極導(dǎo)電條的位置相互垂直。 圖 為觸摸屏測(cè)量周期的方式。從 YP 或 YM 觸摸屏連接器上測(cè)得的電壓與觸點(diǎn) Y 坐標(biāo)成比例。 測(cè)量觸摸壓力的方法有數(shù)種。于是觸摸屏進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待觸筆中斷。數(shù)值越大，表示該顏色越深。是這個(gè)命令較為重要的功能就是可以取得到控制器的型號(hào)，代碼在取得控制器的型號(hào)之后，可以針對(duì)不同型號(hào)的控制器，進(jìn)行不同的初始化。 （ 1） AM：控制 GRAM 更新方向。 R7：顯示控制命令。當(dāng)全部設(shè)置為 1 為開(kāi)啟顯示，設(shè)置全 0 時(shí)為關(guān)閉。當(dāng)要在某個(gè)指定點(diǎn)寫(xiě)入一個(gè)顏色的時(shí)候，先通過(guò)這兩個(gè)命令設(shè)置到改屏幕上的點(diǎn)，然后寫(xiě)入顏色值就可以了。這幾個(gè)命令用于設(shè)定顯示區(qū)域的大小，開(kāi)發(fā)板所配置的整屏大小為 240*320，但是有時(shí)候只需在其中的一部分區(qū)域?qū)懭霐?shù)據(jù)，如果用先寫(xiě)坐標(biāo)，后寫(xiě)數(shù)據(jù)這樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，則速度大打折扣。 是 觸摸屏的底層 的驅(qū)動(dòng)文件，包括觸摸屏參數(shù)初始化、中斷控制 函數(shù) ，中斷狀態(tài)清除函數(shù)等。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 37 第三個(gè)是液晶屏顯示的底層，包括加載到 Library 中的 grlib 庫(kù)， 其實(shí) 都是 這個(gè)文件對(duì)硬件操作的映射 。程序在完成初始化后可以完成對(duì)觸摸屏的按鍵響應(yīng)，控制，顯示輸出，按相對(duì)應(yīng)的運(yùn)算符結(jié)果運(yùn)算。運(yùn)算部分，將按下按鈕輸入數(shù)字，所組成新的數(shù)在顯示屏輸出、給予所有的運(yùn)算符按鈕有對(duì)應(yīng)的函數(shù)運(yùn)算意義，即完成加減乘除運(yùn)算，以及其他較為復(fù)雜的運(yùn)算方式，最后計(jì)算完成后存儲(chǔ)并且輸出相關(guān)的計(jì)算結(jié)果。中斷控制器 API 提供了一組函數(shù)，用來(lái)處理嵌套向量中斷控制器（ NVIC）。然后對(duì)鎖存的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，通過(guò) LCD 顯示相關(guān)的 API 函數(shù)，將得到的數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)函數(shù)操作，或顯示，或運(yùn)算等等。在聲明了類(lèi)似 canvas（ … ）等畫(huà)圖，畫(huà)按鈕等方法后，在main 函數(shù)中調(diào)用該方法。 而在完成運(yùn)算功能后的顯示輸出理論上是一樣的，只是改變了內(nèi)存當(dāng)中的變量。 另一方面，顯示效果的更改，是利用更新好的 Canvas 進(jìn)行對(duì)前一次的輸出結(jié)果的覆蓋 。方便確定運(yùn)算結(jié)果的位數(shù)，也可以使得最后輸出結(jié)果時(shí)不會(huì)因長(zhǎng)度不足而又被覆蓋不完全的錯(cuò)誤。所以，在完成數(shù)字顯示結(jié)果的同時(shí)，應(yīng)該考慮的是將輸入數(shù)字，按照對(duì)應(yīng)的按鈕進(jìn)行計(jì)算，輸出結(jié)果。有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)一樣，在按下小數(shù)點(diǎn)后，改變一個(gè)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 42 開(kāi) 始儲(chǔ) 存 當(dāng) 前 輸 入 數(shù) 字計(jì) 數(shù) 器 自 加計(jì) 數(shù) 器 大 于 限 定 值N O按 下 數(shù) 字 按 鈕 有 反 應(yīng)之 前 存 儲(chǔ) 的 數(shù) * 1 0 + 當(dāng) 前數(shù) 字顯 示 輸 出保 持 顯 示 當(dāng) 前 數(shù) 直到 按 下 運(yùn) 算 符 號(hào) 或清 零結(jié) 束Y E SN O小 數(shù) 點(diǎn) 標(biāo) 志 位 是 否為 F A L S E當(dāng) 前 數(shù) 字 * 1 0 的 負(fù)計(jì) 數(shù) 器 次 數(shù) 次 方計(jì) 數(shù) 器 自 加Y e s輸 出 數(shù) 加 上 變 更 后的 數(shù) 字 圖 數(shù)字組合成數(shù)顯示流程圖 如圖所示，輸入數(shù)字轉(zhuǎn)化成數(shù)，關(guān)鍵是要記錄兩個(gè)部分，一個(gè)是存儲(chǔ)當(dāng)前輸入數(shù)字，和已經(jīng)輸出的數(shù)。 運(yùn)算符函數(shù)編寫(xiě) 除了顯示部分，本次設(shè)計(jì)另一大塊的設(shè)計(jì)部分是函數(shù)運(yùn)算模塊的設(shè)計(jì)。如果數(shù)字長(zhǎng)度不足，則同樣預(yù)留了長(zhǎng)度，這樣可以對(duì)前次的顯示結(jié)果完成一個(gè)覆蓋的效果，避免顯示錯(cuò)誤。調(diào)用 CanvasTextSet(…) 改變Canvas(…) 內(nèi)變量的值，重新放入消息隊(duì)列 WidgetPaint((tWidget *)amp。 最 后 用 一 個(gè) 死 循 環(huán) ， 循 環(huán) 執(zhí) 調(diào) 用WidgetMessageQueueProcess()這么一個(gè)函數(shù)，完成 LCD 上顯示輸出所需要的內(nèi)容。其流程圖如圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 39 開(kāi) 始觸 屏 功 能 開(kāi) 啟設(shè) 置 自 動(dòng) 模 式等 待 觸 屏 事 件檢 查 觸 屏 事 件鎖 存 X 數(shù) 據(jù)鎖 存 y 數(shù) 據(jù)讀 取 X 、 Y 坐 標(biāo) 值講 對(duì) 應(yīng) X 、 Y 坐 標(biāo) 值 轉(zhuǎn) 化 成對(duì) 應(yīng) L C D 位 置 響 應(yīng)清 除 中 斷 狀 態(tài)N OY e s中 斷 操 作子 程 序 結(jié) 束返 回 主 程 序顯 示 內(nèi) 容中 斷 初 始 化產(chǎn) 生 中 斷N OY e s結(jié) 束 圖 中斷控制流程圖 顯示函數(shù)編寫(xiě) 顯示功能 ，顯示功能實(shí)現(xiàn)流程是如圖 所示，將按鍵結(jié)果顯示在LCD 上的。 同時(shí)在驅(qū)動(dòng)文件中，重寫(xiě)了一些關(guān)于中斷控制的函數(shù)。但在實(shí)際應(yīng)用中又與操作緊密相關(guān)，是軟件設(shè)計(jì)中十分重要的部分。 初 始 化 開(kāi) 始觸 摸 屏 初 始 化 ， 控 制L C D 寫(xiě) 操 作配 置 G P I O ， A D C片 外 硬 件 資 源 等配 置 系 統(tǒng) 時(shí) 鐘 圖 主程序開(kāi)始流程圖 軟件設(shè)計(jì)基本包括了以下幾個(gè)部分的內(nèi)容：中斷控制部分、顯示部分和運(yùn)算部分，各部分分工不同，中斷控制是在觸摸屏顯示的之后可以有一個(gè)中斷功能，即在對(duì)觸屏操作后，有一個(gè)顯示中斷，可以使能允許完成觸上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 38 摸后對(duì)應(yīng)的操作，完成操作后結(jié)束中斷。 功能實(shí)現(xiàn)部分設(shè)計(jì) 在解決了驅(qū)動(dòng)程序后，表明之后的程序設(shè)計(jì)是可以下載到實(shí)驗(yàn)板順利運(yùn)行的。 是板子上其他 GPIO 的底層，就是每個(gè)引腳的功能配置 ，作為每個(gè)引腳功能的聲明配置存在。 驅(qū)動(dòng)程序文件 功能 在整個(gè)完整的程序設(shè)計(jì)，包含了三塊的驅(qū)動(dòng)程序 :、 、。該命令為單個(gè)操作的命令，只需要寫(xiě)入該值即可，其他的命令的格式為先寫(xiě)入命令編號(hào)，后寫(xiě)入操作數(shù)。 R3 R33：設(shè)置 GRAM 的行地址和列地址。置 0 時(shí)為 26 萬(wàn)色，置 1 時(shí)為八位色。當(dāng) AM=1 的時(shí)候，地址以列方向更新。 R3：入口模式命令。 控制原理 ILI9320 作為控制芯片具有一系列的數(shù)據(jù)傳輸及控制功能，所需用到的命令如圖 所示： 圖 ILI9320 常用命令 R0：該命令具有有兩個(gè)功能： 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 CortexM3 的觸摸屏計(jì)算器設(shè)計(jì) 35 進(jìn)行寫(xiě)操作，則僅最低位 SOC 為有效，用于開(kāi)啟或關(guān)閉振蕩器。 顯示 屏 驅(qū)動(dòng)原理 液晶顯示模塊顯示原理 本系統(tǒng) LCD 顯示模塊的控制器為 ILI9320，該控制器自帶顯存，總大 小為 172820（ 240*320*18/8），即